20 kV系統(tǒng)保護(hù)配置及整定方案

湯向華，施雄杰，東志清

（江蘇省海門市供電公司,江蘇海門 226100）

當(dāng)前我國的配電網(wǎng)絡(luò)基本上還是以10 kV系統(tǒng)為主，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，10 kV系統(tǒng)容量小、損耗大的問題日益突出[1]。20 kV系統(tǒng)的出現(xiàn)當(dāng)然也在情理之中，20 kV系統(tǒng)已從原來的試點(diǎn)走向了推廣[2]，目前20 kV系統(tǒng)的一二次設(shè)備研究已日趨成熟，但如何對(duì)保護(hù)進(jìn)行合理配置和整定計(jì)算還處在仁者見仁、智者見智階段。對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，與目前運(yùn)行的10 kV、35 kV系統(tǒng)沒什么區(qū)別；但對(duì)于經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)而言，因?yàn)橐肓肆阈螂娏鳎闆r就大不一樣。

1 保護(hù)配置的特點(diǎn)

現(xiàn)有的35 kV和10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)[3]，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流僅為導(dǎo)線的對(duì)地電容電流，電流值很小，一般只有幾安培，規(guī)程規(guī)定該系統(tǒng)還可以運(yùn)行2個(gè)小時(shí)[5]，現(xiàn)場采用只發(fā)信不跳斷路器的方式，因此對(duì)35 kV和10 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只需配置相間過流保護(hù)，就能滿足要求。而采用經(jīng)小電阻接地方式的20 kV系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，通常達(dá)到600 A左右，必須快速切除，因此需考慮增加零序過流保護(hù)作為單相接地故障的主保護(hù)，這就要求出線電流互感器（TA）需采用3相3TA接線方式以取得自產(chǎn)零序電流或是增加獨(dú)立的零序TA。在現(xiàn)場，對(duì)于主變20 kV側(cè)零序過流和20 kV出線零序過流保護(hù)通常采用二段式。

2 原理和計(jì)算分析

根據(jù)《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程》6.2.8的要求[1]：10～35 kV低電阻接地系統(tǒng)中接地電阻的選取宜為6～30 Ω，單相接地故障時(shí)零序電流（3I0）以1 000 A內(nèi)為宜[5]。目前常見的20 kV接地系統(tǒng)變壓器均為Y/Yn0+D接線方式，變壓器中性點(diǎn)安裝有一個(gè)20 Ω的電阻器，主變低壓側(cè)有一個(gè)三角形接線的平衡線圈 （如圖1 20 kV系統(tǒng)的一次圖），使得高壓側(cè)的零序電流經(jīng)平衡線圈接地，切斷了高壓側(cè)往低壓側(cè)輸送零序電流的回路，迫使高壓側(cè)與20 kV低壓側(cè)各自成一個(gè)零序網(wǎng)絡(luò)，互不影響，也使得零序保護(hù)的整定相對(duì)簡單，同時(shí)考慮兩相接地故障可由相過流保護(hù)動(dòng)作切除，這里只考慮單相接地故障，則使得整定進(jìn)一步的簡單。

20 kV零序網(wǎng)絡(luò)圖見圖2。

以 63 000 kVA，U%＝10.76，Zb=10.76/63=0.170 8的主變，主變出口故障（ZL0＝0）為例。

從以上計(jì)算可以看出，相對(duì)于20 Ω電阻來講，主變的正序、零序阻抗很小，可以忽略，相當(dāng)于20 kV的電壓直接加在20 Ω電阻上產(chǎn)生的零序電流，由此計(jì)算簡化為：3I0為606 A滿足單相接地故障時(shí)零序電流（3I0）在1 000 A以內(nèi)的要求，但必須考慮到若有N臺(tái)主變并列運(yùn)行的話，則零序電流將達(dá)N×606 A，超過了1 000 A的要求，且根據(jù)規(guī)程規(guī)定低電阻接地系統(tǒng)必須且只能有一個(gè)中性點(diǎn)接地運(yùn)行，由此就必須在運(yùn)行規(guī)程中規(guī)定主變不得并列運(yùn)行。

在考慮出線的情況時(shí)，則情況較復(fù)雜，若是電纜出線零序阻抗相對(duì)較小，如是長架空出線的線路阻抗較電纜阻抗會(huì)有10倍以上的比例，定值計(jì)算必須充分考慮線路阻抗的影響，以10 km架空出線（LGJ-240）為例，電抗為（1.32+j4）Ω。

（1）考慮金屬性接地，則 3I0=3×21 000/[1.732×3（20+1.32+j4）]＝559 A。

（2）考慮過渡電阻（20 Ω）接地，則 3I0=3×21 000/[1.732×3（20+1.32+j4+20）]＝292.2 A。

（3）兩相接地故障的零序電流可能會(huì)更小，但兩相接地時(shí)，相間電流會(huì)很大，完全可以由相間過流保護(hù)動(dòng)作，切除故障。

3 整定方案

3.1 線路零序一段

（1）作為線路單相接地故障的主保護(hù)，以10 km架空線單相接地零序電流559 A考慮，并保證足夠靈敏度，線路的I段按保證靈敏度2倍整定。

（2）躲不平衡電流（設(shè)600/5的TA）

（3）零序I段的時(shí)限≥0.3，I段增加0.3 s主要考慮：躲線路配變勵(lì)磁涌流的影響；躲線路配變低壓側(cè)故障引起的不平衡電流的影響。

綜合考慮I0dz1取276 A/0.3 s。

參照《3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程》6.2.8的要求：保護(hù)整定與運(yùn)行要兼顧靈敏性、速動(dòng)性和選擇性，低電阻接地系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生單相接地故障，本設(shè)備的保護(hù)應(yīng)可靠切除故障，允許短延時(shí)動(dòng)作[1]。

3.2 線路零序二段

（1）線路的II段按保證靈敏度4倍整定

（2）躲不平衡電流

（3）考慮按20 Ω接地，按靈敏度2倍整定

綜合考慮I0dz2取144 A/0.6 s。

根據(jù)《3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程》6.2.8的要求：在低電阻接地系統(tǒng)中，應(yīng)考慮線路經(jīng)高阻接地故障的靈敏度，線路零流保護(hù)最末一段定值不宜過大[1]。

3.3 主變零序一段

（1）作為線路單相接地故障的后備，與線路零序I段配合。按保證足夠靈敏度整定，主變根據(jù)逐級(jí)配合的要求按1.3倍出線定值考慮。

（2）躲不平衡電流

（3）零序I段的時(shí)限≥0.3 s。

綜合考慮I0dz1取360 A/0.7 s跳分段/1.0 s跳本側(cè)/1.3 s跳主變各側(cè)。

3.4 主變零序二段

（1）應(yīng)與線路零序二段配合。線路的II段按保證靈敏度4倍整定，主變按1.3倍出線考慮。

（2）躲不平衡電流（及線路的電容電流）。

綜合考慮I0dz2取180 A/1.0 s跳分段/1.3 s跳本側(cè)/1.6 s跳主變各側(cè)。

如果考慮20 kV出線可能會(huì)作為聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供對(duì)側(cè)變電所的出線時(shí)，可以在上述時(shí)限定值的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)級(jí)差[4]。

上述分析中，還需注意：單相接地故障，相過流保護(hù)與零序保護(hù)都將感受短路電流，當(dāng)相過流保護(hù)定值小于606 A時(shí)，兩者均有可能動(dòng)作，如果時(shí)限配合不合理的話，有可能單相故障，相過流保護(hù)先動(dòng)作，給故障后分析問題、排查故障帶來不便，因此在定值設(shè)置時(shí)，應(yīng)注意將相間過流定時(shí)限段定值盡量抬高至606 A以上 （相間速動(dòng)段一般定值較大），時(shí)限定值大于零序二段時(shí)限，確保單相故障，零序保護(hù)先動(dòng)作。

4 結(jié)束語

（1）20 kV系統(tǒng)須增加零序保護(hù)，以便快速消除單相短路故障給系統(tǒng)帶來的影響；

（2）2臺(tái)主變以上變電所，20 kV系統(tǒng)不宜并列運(yùn)行，以降低單相故障時(shí)的短路電流；

（3）主變20kV系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)相對(duì)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)，可以考慮對(duì)主變20 kV系統(tǒng)和20 kV系統(tǒng)出線的零序過流定值進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一；

（4）在現(xiàn)場，應(yīng)注重相間保護(hù)和零序保護(hù)定值上的配合，以便正確區(qū)分相間和單相故障。

[1]DL/T 584－2007.3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置[M].北京∶中國電力出版社，2008.

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